Солнечная тепловая система преобразует солнечный свет непосредственно в тепло — как правило, для ГВС — с помощью коллекторов на кровле, циркуляционного контура и теплоизолированного бака-накопителя. Коллекторы преобразуют 60–70 % падающей на них солнечной радиации в полезное тепло, что примерно втрое выше КПД преобразования фотоэлектрической панели, а правильно подобранная система покрывает 50–70 % годовой потребности домохозяйства в горячей воде.
Каковы основные компоненты солнечной тепловой системы?
Любая солнечная тепловая система состоит из одних и тех же функциональных блоков: коллектора, поглощающего солнечный свет, контура, переносящего тепло, и накопителя, хранящего его до тех пор, пока вы не откроете кран. В европейской установке с насосом (косвенного типа) эти блоки выглядят так:
| Компонент | Что делает |
|---|---|
| Солнечный коллектор (плоский или вакуумный трубчатый) | Поглощает солнечную радиацию и передает ее теплоносителю |
| Теплоноситель | Переносит тепло с кровли в бак; обычно смесь гликоля с водой |
| Насосная группа | Обеспечивает циркуляцию теплоносителя, показывает давление и расход, содержит предохранительные клапаны |
| Дифференциальный контроллер | Включает насос только тогда, когда коллектор горячее бака |
| Бойлер с двумя змеевиками | Накапливает тепло; солнечный змеевик внизу, резервный — вверху |
| Расширительный бак | Компенсирует изменение объема теплоносителя при нагреве |
| Резервный нагреватель (котел, тепловой насос или ТЭН) | Догревает воду в пасмурные дни |
Выбор коллектора между плоской и вакуумной трубчатой конструкциями влияет на характеристики при высоких температурах, но не на базовую архитектуру.
Как тепло попадает с кровли к вашему крану?
Солнечный свет нагревает пластину абсорбера за остеклением коллектора; селективное покрытие не позволяет накопленному теплу излучаться обратно. Когда контроллер видит, что коллектор горячее нижней части бака, как правило, на 6–8 К, он включает насос. Теплоноситель забирает тепло в абсорбере, отдает его через нижний змеевик бойлера и возвращается на кровлю. Бак нагревается снизу вверх, сохраняя стратификацию, а резервный нагреватель догревает только верхнюю часть, — поэтому каждый солнечный киловатт-час напрямую замещает покупную энергию. Когда вы открываете кран, вода под давлением водопровода выходит из верхней части бойлера; в системе косвенного типа сам солнечный теплоноситель никогда не соприкасается с питьевой водой.
Насколько эффективны солнечные коллекторы по сравнению с солнечными PV-панелями?
При температурах ГВС хороший коллектор преобразует 60–70 % поступающей солнечной энергии в тепло, тогда как фотоэлектрический модуль преобразует около 20 % в электроэнергию. Этот разрыв обусловлен физикой, а не уровнем развития техники: тепло — менее ценная форма энергии, чем электроэнергия, поэтому его гораздо проще уловить. По данным Программы IEA по солнечному отоплению и охлаждению (IEA SHC), в мире эксплуатируются солнечные тепловые установки мощностью более 500 ГВт (тепловых), и большинство из них выполняют именно эту задачу — нагрев воды. У сравнения с PV больше измерений, чем просто КПД, поэтому мы рассматриваем его отдельно в материале солнечные PV-панели и солнечные коллекторы.
Какие бывают типы солнечных тепловых систем?
Классификацию определяют два признака. С насосом или пассивные: системы с насосом используют контроллер и циркуляционный насос, а в термосифонной системе циркуляция происходит за счет естественной конвекции при расположении бака выше коллектора — без насоса и электроэнергии. Прямые или косвенные: в прямых системах водопроводная вода нагревается непосредственно в коллекторе, в косвенных используются отдельный контур с антифризом и теплообменник; плюсы и минусы описаны в материале прямые и косвенные солнечные системы нагрева воды. В климате с холодной зимой почти всегда применяются косвенные системы с насосом или системы Drain-Back; в незамерзающем прибрежном климате можно использовать простые прямые термосифонные системы.
Какую долю горячей воды она реально покроет?
Правильно подобранная система в центральной Европе обеспечивает 50–70 % годовой потребности в горячей воде — почти полное покрытие летом и полезный предварительный нагрев зимой. Здесь важны сертифицированные данные о характеристиках: для коллекторов, испытанных по Solar Keymark, публикуются независимо измеренные значения выработки, поэтому заявления о покрытии можно проверить, а не принимать на веру. Solimpeks производит коллекторы в Конье с 2001 года, имеет сертификацию Solar Keymark для всей линейки коллекторов Wunder и сертификацию SRCC OG-100 для отдельных моделей Wunder ALS; сезонное распределение покрытия между летом и зимой подробно рассмотрено в материале солнечное покрытие летом и зимой.
Часто задаваемые вопросы
Работает ли система солнечных коллекторов в пасмурные дни?
Да, но с меньшей выработкой. Коллекторы улавливают как рассеянную, так и прямую радиацию, поэтому в пасмурные дни они все равно дают хотя бы предварительный нагрев. Резервный нагреватель автоматически покрывает недостаток, поэтому наличие горячей воды никогда не зависит от погоды.
Солнечные коллекторы — это то же самое, что солнечные панели?
Нет. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло; фотоэлектрические (PV) панели вырабатывают электроэнергию. На кровле они выглядят похоже, но обслуживают разные нагрузки. Гибридные панели PVT объединяют обе функции в одном устройстве.
Сколько служит система солнечных коллекторов?
Качественные коллекторы обычно работают 20–25 лет и более — Solimpeks проектирует свои коллекторы на срок службы 20–25 лет. Насос, контроллер и гликолевый теплоноситель — это обслуживаемые элементы, которые заменяются в ходе обычного технического обслуживания, а не вместе с системой.
Нужен ли для солнечной системы специальный бак для горячей воды?
Нужен бойлер с отдельным солнечным змеевиком в нижней части — как правило, модель с двумя змеевиками и резервным нагревом вверху. При модернизации стандартный бойлер с одним змеевиком иногда можно заменить или дополнить.